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Estimating source strengths and lifetime of Nitrogen Oxides from satellite data

Beirle, Steffen

German Title: Bestimmung von NOx Quellstärken und Lebensdauer aus Satellitendaten

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Abstract

Over the last hundred years, the chemical composition of the atmosphere has changed significantly due to anthropogenic emissions. Nitrogen oxides (NO+NO2) play an important part, as they directly affect human health and environment, and are involved in chemical key reactions, leading to ozone production in the troposphere. Spectral measurements from satellite platforms of the light reflected by the earth allow the retrieval of several trace gases, e.g. NO2. In this thesis, the spectra of the satellite instruments GOME and SCIAMACHY were used to determine tropospheric column densities of NO2. The resulting dataset, comprising eight years with global coverage, allows the identification, characterization and quantification of the different sources of nitrogen oxides. In this way different anthropogenic sources as well as lightning and biomass burning could be studied separately and partly be quantified. The spatial resolution of the GOME successor SCIAMACHY allows furthermore the unequivocal localisation of individual sources like large cities or power plants. This helps to improve spatially resolved emission inventories. Finally, the satellite data has been used to estimate the mean lifetime of nitrogen oxides in the troposphere for different regions and seasons. For the first time, this allows to compare measured and modelled lifetimes on a global scale.

Translation of abstract (German)

In den letzten hundert Jahren hat sich die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, bedingt durch anthropogene Emissionen, nachhaltig geändert. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Stickoxide NO+NO2, die direkt Gesundheit und Umwelt beeinträchtigen, und darüberhinaus eine wichtige Rolle in katalytischen Reaktionen spielen, bei denen in der Troposphäre i.A. Ozon gebildet wird. Die Messung von Spektren des an der Erde reflektierten Lichtes vom Satelliten aus ermöglicht die quantitative Bestimmung verschiedener Spurengase, darunter NO2. In dieser Arbeit wurden Spektren von den Satelliteninstrumenten GOME und SCIAMACHY dazu verwendet, troposphärische Säulendichten von NO2 zu ermitteln. Der resultierende Datensatz, der mittlerweile einen Zeitraum von 8 Jahren bei globaler Abdeckung umfasst, ermöglicht Untersuchungen über die Identifikation, Charakterisierung und Quantifizierung verschiedener Quellen von Stickoxiden. So konnten verschiedene anthropogene Quellen sowie Blitze und Biomassenverbrennung getrennt untersucht und z.T. quantifiziert werden. Die räumliche Auflösung des GOME-Nachfolgers SCIAMACHY ermöglicht ferner die eindeutige Lokalisierung einzelner Quellen wie z.B. Städte oder größere Kraftwerke. Dies kann dazu beitragen, räumlich aufgelöste Emissionsinventare zu verbessern. Schließlich konnten die Satellitendaten genutzt werden, um die Lebensdauer von Stickoxiden in der Troposphäre für verschiedene Regionen und Jahreszeiten zu bestimmen. Dies ermöglicht zum ersten mal den Vergleich von gemessener und modellierter Lebensdauer auf globaler Skala.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Platt, Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 22. December 2004
Date Deposited: 11. Jan 2005 15:26
Date: 2004
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: GOME
Uncontrolled Keywords: SCIAMACHY , Satellit , NO2 , Atmosphäre , EmissionenSCIAMACHY , satellite , NO2 , atmosphere , emissions
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